液化天然氣工廠重大危險(xiǎn)源評(píng)估

聶江穩(wěn)

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030000）

引言

液化天然氣工廠由于存在爆炸、易燃性和泄漏等危險(xiǎn)因素，將對(duì)人類和環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。過去的研究利用概率和指數(shù)模型，開發(fā)出一種算法來進(jìn)行工廠管理的綜合危險(xiǎn)評(píng)估。在本研究中，使用了相關(guān)危險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的結(jié)果作為用于糾正工廠故障率的調(diào)節(jié)器。為了對(duì)液化天然氣工廠進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估，使用三重可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)，包括社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)影響。本研究采用層次分析法（AHP）進(jìn)行加權(quán)[1]。證據(jù)推理用于合并新信息以更新估計(jì)危險(xiǎn)。在本研究中，對(duì)與客觀和主觀因素相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并通過層次分析法（AHP）和EM的組合得出了危險(xiǎn)因素的權(quán)重[2]。本研究的目的是識(shí)別危險(xiǎn)源，確定工廠火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的最終危險(xiǎn)水平，并提供控制策略。

1 研究方法

1.1 研究設(shè)計(jì)

研究分兩個(gè)主要階段進(jìn)行。第一階段，使用HAZID 和HAZOP 技術(shù)識(shí)別危險(xiǎn)[3]。在此步驟中，通過HAZOP 和HAZID 研究獲得工廠中火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的有效危險(xiǎn)因素。

第二階段，使用模糊方法對(duì)第一階段識(shí)別的危險(xiǎn)進(jìn)行量化和評(píng)估。使用模糊方法對(duì)從第一階段獲得的與研究工廠相關(guān)的所有已識(shí)別危險(xiǎn)進(jìn)行量化，并執(zhí)行危險(xiǎn)評(píng)估過程?？偽ｋU(xiǎn)分?jǐn)?shù)將通過傳統(tǒng)方法乘以后果的頻率和嚴(yán)重程度獲得，如式（1）所示[4]：

式中：R 表示危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)；L 表示事故發(fā)生的概率；S 表示事故的嚴(yán)重程度或后果。由于概率和嚴(yán)重性表示為模糊數(shù)，因此危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)也將是模糊數(shù)。在本研究中，梯形模糊數(shù)似然（TPFNL）和梯形模糊數(shù)嚴(yán)重性被用來表示概率和嚴(yán)重性。表1 給出了概率和嚴(yán)重性的梯形模糊數(shù)的語言定義。然后將得到的模糊數(shù)對(duì)應(yīng)于模糊梯形數(shù)的全局圖，計(jì)算出模糊危險(xiǎn)項(xiàng)。

表1 概率和嚴(yán)重度的梯形模糊數(shù)的語言定義

為了獲得基本危險(xiǎn)項(xiàng)目及其組合的權(quán)重，在危險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)框架中使用模糊層次分析法，使用三角模糊數(shù)。表2 說明了用于估計(jì)危險(xiǎn)項(xiàng)目權(quán)重的三角模糊數(shù)的口頭定義。在對(duì)基本危險(xiǎn)項(xiàng)目的模糊危險(xiǎn)進(jìn)行估計(jì)和歸一化，并獲得不同危險(xiǎn)等級(jí)項(xiàng)目的權(quán)重后，最終通過將模糊危險(xiǎn)乘以各危險(xiǎn)等級(jí)的權(quán)重，并通過EXCEL 軟件將其聚合到一個(gè)框架中，計(jì)算出工廠中有毒氣體的爆炸和釋放。為了獲得基于模糊乘法R=L×S 和層次分析與最終得分之間關(guān)系的最終危險(xiǎn)比較標(biāo)準(zhǔn)。

表2 危險(xiǎn)項(xiàng)目權(quán)重的三角模糊數(shù)的口頭定義

1.2 統(tǒng)計(jì)分析

所有與模糊危險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)的計(jì)算均使用MATLAB 編程語言進(jìn)行。最后，利用EXCEL 軟件進(jìn)行模糊權(quán)重和模糊層次分析。

2 研究結(jié)果

危險(xiǎn)分擔(dān)持續(xù)到每個(gè)主要危險(xiǎn)被劃分為最小危險(xiǎn)的程度。這些危險(xiǎn)稱為基本危險(xiǎn)項(xiàng)目（BRI）。圖1 說明了研究工廠中火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的層次結(jié)構(gòu)。

圖1 工廠火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的等級(jí)結(jié)構(gòu)

對(duì)于去模糊化項(xiàng)目，采用加權(quán)平均法，公式如式（2）：

式中：RI 表示危險(xiǎn)指數(shù)；ui表示每個(gè)基本危險(xiǎn)項(xiàng)目的隸屬函數(shù)；Mi 表示模糊危險(xiǎn)狀態(tài)集的定性權(quán)重。這些模糊危險(xiǎn)狀態(tài)在各種情況下描述：MVL=0、ML=0.25、MM=0.5、MH=0.75 和MVH=1.0。

計(jì)算第三、第二和第一級(jí)危險(xiǎn)的總結(jié)果，表明最終危險(xiǎn)得分。表3 顯示了所研究工廠中火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的最終危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)。

表3 工廠的最終火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放危險(xiǎn)

根據(jù)計(jì)算，天然氣工廠火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的最終危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)估計(jì)為0.149 2。天然氣工廠火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放危險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)得分如下：

對(duì)于非常理想的狀態(tài)X=0.030 8；對(duì)于有利狀態(tài)X=0.091 3；對(duì)于中等狀態(tài)X=0.279 5；對(duì)于不良狀態(tài)X=0.587 2；對(duì)于非常不理想的狀態(tài)X=0.776 5。

工廠的最終危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)始終在0.030 8～0.776 5 之間。圖2 顯示了高度理想、有利、中等、不理想和非常不理想斜坡的上下限，以及最終火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放危險(xiǎn)的位置。

圖2 最終危險(xiǎn)狀態(tài)與危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的比較

3 討論

通過HAZOP 和HAZID 研究，提取了工廠中火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的總體危害。構(gòu)建模糊樹后，采用模糊危險(xiǎn)評(píng)估和模糊層次分析法對(duì)基本危險(xiǎn)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，工廠火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放危險(xiǎn)的最終得分為0.149 2，表明工廠處于最佳區(qū)域內(nèi)的安全狀態(tài)。在本研究中，“明火動(dòng)火作業(yè)”、“工廠和附近設(shè)施火災(zāi)”、“將壓力增加到設(shè)計(jì)以上”的危險(xiǎn)水平最高，危險(xiǎn)指數(shù)分別為0.431 0、0.308 7 和0.203 2。此外，“自然災(zāi)害（地震、海嘯……）”“疏忽（香煙、火柴等）”和“未平衡突然解鎖”的危險(xiǎn)最低，危險(xiǎn)指數(shù)分別為0.0041、0.0055 和0.0064。結(jié)果表明，工藝因素對(duì)危險(xiǎn)水平的變化影響最大。根據(jù)本研究結(jié)果，外部干擾，如第三方損壞、船錨與海線碰撞、工廠下游壓力高于設(shè)計(jì)壓力等，對(duì)最終危險(xiǎn)指數(shù)有很大影響。其他先前的研究也證實(shí)了第三方活動(dòng)對(duì)工廠最終危險(xiǎn)水平的高度影響。如上所述，在本文的研究中，自然災(zāi)害危險(xiǎn)對(duì)最終危險(xiǎn)指數(shù)的影響最小。

如圖2 所示，工廠的最終危險(xiǎn)水平為“有利”，這表明流程處于適當(dāng)狀態(tài)。因此在這種情況下，對(duì)工廠進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和危險(xiǎn)評(píng)估可以有效地保持下去。

4 結(jié)論

在本研究中，在第一階段，使用HAZID 和HAZOP 方法識(shí)別了研究工廠中與火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放相關(guān)的危險(xiǎn)。在第二階段，使用模糊語言執(zhí)行危險(xiǎn)評(píng)估過程，并在第一階段對(duì)已識(shí)別的危險(xiǎn)進(jìn)行解模糊。在危險(xiǎn)評(píng)估過程伴隨著不確定性的情況下，與傳統(tǒng)危險(xiǎn)矩陣相比，模糊語言的使用具有更高的準(zhǔn)確性。最后，根據(jù)第一階段和第二階段的結(jié)果，將識(shí)別出的危險(xiǎn)分為以下五類：非常不可取、不可取、中等、有利和非?？扇?。因此，本研究中確定的危險(xiǎn)分為以下三類：中等、有利和非?？扇　Ｌ烊粴夤S的火災(zāi)、爆炸和有毒氣體釋放的最終危險(xiǎn)得分處于最佳區(qū)域?；卷?xiàng)目的最高危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)與明火動(dòng)火作業(yè)相關(guān)，危險(xiǎn)指數(shù)為0.431；最低危險(xiǎn)分?jǐn)?shù)與自然災(zāi)害（如地震、海嘯等）相關(guān)，危險(xiǎn)指數(shù)為0.004 1。與傳統(tǒng)的危險(xiǎn)矩陣相比，模糊危險(xiǎn)評(píng)估為安全管理人員提供了更多關(guān)于危險(xiǎn)及其排名的數(shù)據(jù)，從而有助于管理人員提供更有效的安全管理策略，從而減少關(guān)鍵危險(xiǎn)的數(shù)量。